應用碳化硅膜處理廢舊乳化液的試驗研究

袁宇皓，邢士建，張海港，樊 松，高 博，欒吉益

（山東鋼鐵股份有限公司，山東 濟南 250101）

1 前言

乳化液在軋制過程中主要起潤滑、冷卻的作用。乳化液使用一段時間后，一些組分發生變質，乳化液的作用開始變差，生產中排出部分乳化液，重新補充新乳化液，保證乳化液的質量滿足生產需要。排出的廢舊乳化液通過破乳，將其中的油脂等有機物進行收集，收集后的油脂通過外委等方式進行集中處理。由于現有分離技術的缺陷，收集后的油脂含水率高，處理費用高。如果降低收集的油脂中的含水率，可節省大量的處理成本。本研究通過利用具有憎油、親水性能的碳化硅材料制備的陶瓷膜對廢舊乳化液進行物理處理，收集后的油脂水分明顯降低，降低了處理成本。

2 試驗目的

目前，山鋼日照公司冷軋廠廢舊乳化液每月排放量約600 m3，排放方式為間斷式排放。在每次軋線檢修前，廢舊乳化液一次性全部排放在酸軋乳化液間和廢水乳化液調節池，在下一次軋線檢修周期前，需要將酸軋乳化液間和廢水乳化液調節池中廢舊乳化液處理完?，F冷軋廠廢舊乳化液處理工藝是先將廢舊乳化液加熱靜置，油污上浮，撇掉上層油污，下層乳化液氣浮、加藥沉淀，最后進入生化處理。該處理工藝存在的主要問題是：廢舊乳化液靜置存放時間長，處理時加熱能耗較高，還會產生大量含刺激性氣體，對環境影響較大；撇掉的上層油污含水率高，油污進行委外處理，油污中含水率高，含水率約60%～80%，每年的處理量約1 000 t，委外費用高。

驗證碳化硅陶瓷膜技術處理乳化液后水質是否能進直接進入生化系統，節省廢水預處理成本；探索碳化硅陶瓷膜單位面積處理能力，為碳化硅陶瓷膜工業化處理廢舊乳化液提供參考數據；探索碳化硅陶瓷膜反沖洗恢復效果以及化學清洗周期與方法；積累乳化液濃縮倍數以及收集的油污含水率數據。

3 試驗方案

3.1 工藝流程

待處理廢舊乳化液由氣動泵提升至設備循環罐內，開啟循環泵待設備運行穩定后開啟出水閥，系統開始廢舊乳化液處理，過濾液排放至生化處理系統，調節氣動泵處理量，保持供料與過濾液量相同。隨著系統持續運行，油污在循環罐內富集，污染物濃縮到一定程度后從循環罐內排放至廢油脂存儲裝置內，完成廢舊乳化液中油脂的提取。工藝流程如圖1所示。

圖1 試驗工藝流程

3.2 試驗裝備

試驗裝置是根據待處理料液性質設計的1 套全自動運行的試驗裝置。設備主要包括氣動泵、循環罐、循環泵、碳化硅陶瓷膜組件等。試驗裝備設計每小時廢舊乳化液處理能力為100 L，陶瓷膜面積1.5 m2，碳化硅陶瓷膜孔徑為20 nm和40 nm兩種規格。

3.3 檢測項目及設備

紅外測油儀檢測油含量；COD 測試儀檢測COD。油含量測試表征處理后的乳化液中油含量，油含量高會對后續生化系統產生一定的影響；COD主要表征處理后乳化液中COD，COD值太高也會對生化系統產生一定影響。

3.4 試驗過程

試驗取樣點為山鋼日照公司冷軋廠酸軋乳化液間和廢水乳化液調節池中的廢舊乳化液。調節池存放著待處理的廢舊乳化液，上層是靜置上浮的油脂，中下層為廢舊乳化液。試驗時取中下層乳化液進行試驗，中下層乳化液油是未經破乳的廢舊乳化液，組分與新排出廢舊乳化液成分接近。通過試驗可驗證碳化硅陶瓷膜破乳能力，而上層油脂含水率低，可直接撇出集中處理即可。同時，為了驗證碳化硅陶瓷膜運行的穩定性，濃縮試驗重復進行3次，試驗完成后對膜進行化學清洗。

3.4.1 第1次試驗

從調節池取水，濾液排放至廢水處理工藝，濃縮液富集在循環桶內，循環桶容積200 L，試驗分別采用膜孔徑40 nm與20 nm的碳化硅陶瓷膜進行過濾，對比分析兩種精度的過濾效果。

不同過濾精度碳化硅陶瓷膜處理效果可以看出，20 nm 碳化硅陶瓷膜過濾后料液表觀透明度更高。表1為不同精度碳化硅膜處理后指標。

表1 不同精度碳化硅陶瓷膜處理后指標測試數據

因孔徑為20 nm 碳化硅陶瓷膜處理效果明顯優于孔徑40 nm 碳化硅膜，后續穩定性試驗均使用了孔徑為20 nm碳化硅陶瓷膜。圖2是第一次試驗膜通量變化情況。

圖2 設備運行出水量變化情況

過濾液、原液與濃縮液剛剛取出后與靜置6 h后的對比可以看出，原液無變化為均勻乳白色，過濾液透明，濃縮液經過靜置后顏色變淺，但上層出現一層浮油，說明孔徑為20 nm 碳化硅陶瓷膜對廢舊乳化液有破乳效果。指數指標見表2。

表2 濃縮液、原液與過濾液指標測試數據

3.4.2 第2次試驗

為了驗證碳化硅陶瓷膜（孔徑20 nm）處理乳化液的通量穩定性，進行了濃縮試驗，濃縮倍數設計為10 倍。圖3 是第2 次試驗膜通量變化圖，從圖中可以看出初始通量148 L/h，相比于第1 次試驗結束時的通量92 L/h 有所上升，而產水平均通量為110 L/h，說明試驗過程中通量衰減是因為乳化液濃縮，油含量與COD 增加而導致污染濃度增加，膜通量下降。

圖3 第2次試驗運行通量變化情況

經過檢測，撇出的浮油中含水率為30%，遠低于目前采用的工藝刮出的浮油含水率，這樣可以減少委托處理的油脂的總量，降低處理成本。

3.4.3 第3次試驗

為了驗證膜通量衰減是污染物濃度增加而不是膜被污染，再次進行試驗，試驗過程與第2 次相同，濃縮倍數10 倍，觀察通量變化是否與第2 次試驗相同。圖4 是第3 次試驗通量變化圖，從圖中可以看出膜初始通量為136 L/h，與第2次試驗初始通量相差不大，運行平均通量109 L/h，與第2 次幾乎相同，經過上一次濃縮后，膜運行通量未衰減，說明碳化硅膜處理乳化液穩定性好。

圖4 第3次試驗運行通量變化情況

3.4.4 膜清洗試驗

清洗過程先采用0.5%的氫氧化鈉溶液與2%次氯酸鈉濃液在系統內循環30 min，膜通量恢復至初始通量。為了防止膜面結垢等問題存在，再次用1%檸檬酸進行清洗，通量維持初始通量不變。

4 結語

通過試驗研究表明，廢舊乳化液經過碳化硅陶瓷膜濃縮后，透過液符合直接進入生化系統處理要求；濃縮后產生的浮油經過檢測，含水率為30%，遠低于目前工藝刮出的油脂的含水。另外通過試驗證明，碳化硅陶瓷膜在處理廢舊乳化液時，自身性能滿足生產需要。

（1）采用20 nm 碳化硅膜對乳化液進行處理，處理后的透過液COD為1 978 mg/L，滿足進入生化池的處理要求，這樣不需要額外工藝對透過液進行預處理，降低生產成本。

（2）孔徑為20 nm 的碳化硅陶瓷膜處理廢舊乳化液平均通量80 L/（m2·h），系統取安全系數應按照70 L/（m2·h）進行設計，可滿足現有生產規模廢舊乳化液處理量。

（3）碳化硅膜處理乳化液，清洗恢復簡單，采用0.5%的氫氧化鈉溶液與2%次氯酸鈉濃液在系統內循環30 min碳化硅膜即可恢復至初始通量。

（4）通過第2、3 次試驗表明，碳化硅陶瓷膜經過清洗后，通量基本不變，證明碳化硅陶瓷膜通量衰減只與處理對象有關，陶瓷膜內部孔道暢通。

（5）濃縮液中的油脂含水率只有30%，遠低于現有處理工藝中刮出的油脂80%的含水率，這樣委托處理的數量減少，處理成本降低。